JP6206667B2 - パターン形成方法 - Google Patents
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しかしながら、さらなる微細化に対応するためには、露光波長の問題や製造コストの問題などから上記のフォトリソグラフィによる方式の限界が指摘されており、このような問題に対して、フォトリソグラフィの解像性能を超えて微細パターンを形成する方法として、例えば、芯材パターンの側壁に側壁パターンを形成し、この側壁パターンをマスクとしてエッチングを行う方法(側壁プロセス法と呼ぶ)が提案されている(例えば、特許文献1)。
この側壁プロセス法においては、芯材パターンにスリミングを施すことにより、当初の芯材パターンの半分のピッチのラインアンドスペースパターンを形成することが可能である。
この原子層堆積法は原子層単位で薄膜を形成することができ、高い形状追従性を有しているため、従来のCVD法やスパッタ法によって形成される膜よりも膜厚均一性の高い膜を形成することができる。
そして、このテンプレートに形成された凹凸パターンの凹部サイズよりもパターンサイズの小さい金属膜パターンを得る方法として、ナノインプリントリソグラフィの技術を用いて形成したレジスト膜パターンから露出する金属膜をウェットエッチングして金属膜パターンを形成し、さらに、サイドエッチングを行う方法が提案されている(例えば、特許文献5)。
また、芯材パターンにレジストパターンを用いる場合、レジスト形状を保持するためには高温で成膜することができず、この場合も成膜速度が遅くなり、生産性が低くなるという問題がある。
図1は、本発明に係るパターン形成方法の一例を示す工程流れ図である。
図1に示すように、本発明に係るパターン形成方法は、第1のハードマスク材料層、第2のハードマスク材料層、および、パターン形成層が、この順に積層された被加工体を準備する、被加工体準備工程(S1)、前記第1のハードマスク材料層上にエッチングマスクを形成し、前記エッチングマスクを介して前記第1のハードマスク材料層をエッチングすることにより、第1のハードマスクを形成する、第1のハードマスク形成工程(S2)、前記第1のハードマスクを介して前記第2のハードマスク材料層をエッチングすることにより、第2のハードマスクを形成する、第2のハードマスク形成工程(S3)、前記第1のハードマスクを前記第2のハードマスク上に残存させた状態で、前記第2のハードマスクをスリミングする、スリミング工程(S4)、平面視において、前記第1のハードマスクから露出する前記パターン形成層上に第3のハードマスクを形成する、第3のハードマスク形成工程(S5)、前記スリミングを施した第2のハードマスクおよび前記第3のハードマスクを介して、前記パターン形成層をエッチングする、パターン形成層エッチング工程(S6)を、順に備えるものである。
まず、本発明に係るパターン形成方法の第1の実施形態について、図2および図3を用いて説明する。ここで、図2および図3は、本発明に係るパターン形成方法の第1の実施形態の一例を示す概略工程図である。
本実施形態により、所望の微細なパターンを形成するには、例えば、図2(a)に示すように、まず、第1のハードマスク材料層11A、第2のハードマスク材料層12A、および、パターン形成層13Aが、この順に積層された被加工体を準備する。
次に、図2(b)に示すように、第1のハードマスク材料層11A上にエッチングマスク21を形成し、次いで、エッチングマスク21を介して第1のハードマスク材料層11Aをエッチングすることにより、第1のハードマスク11Bを形成する。
また、上述のように、第1のハードマスク材料層11Aを、シリコンを含む材料から構成した場合には、第1のハードマスク材料層11Aのエッチングには、CF4、CHF3、C2F6等のフッ素を含むガスをエッチングガスに用いたドライエッチングを用いることができる。
なお、図2(c)に示す第1のハードマスク11Bのライン幅(H1L)は、図2(b)に示すエッチングマスク21のライン幅(RL)と同じである。
次に、図2(d)に示すように、第1のハードマスク11Bを介して第2のハードマスク材料層12Aをエッチングすることにより、第2のハードマスク12Bを形成する。
ここで、上述のように、第1のハードマスク材料層11Aを、シリコンを含む材料から構成し、第2のハードマスク材料層12Aを、クロムを含む材料から構成した場合には、第2のハードマスク材料層12Aのエッチングには、塩素を含むガス、より好適には、塩素と酸素の混合ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングを用いることができる。
次に、図3(e)に示すように、第1のハードマスク11Bを第2のハードマスク12B上に残存させた状態で、第2のハードマスク12Bをスリミングして、第2のハードマスク12Cを形成する。
例えば、上述のように、第2のハードマスク材料層12Aを、クロムを含む材料から構成した場合には、塩素ガスを用いたドライエッチングによるスリミングを施すことによって、第2のハードマスク12Bと同じピッチでありながら、パターンサイズ(幅寸法)が第2のハードマスク12Bよりも小さい第2のハードマスク12Cを形成することができる。
この場合、スリミングを施された第2のハードマスク12Cのライン幅(H2L)が、第1のハードマスク11Bのライン幅(H1L)の1/3の大きさになり、この後の工程を経ることにより、エッチングマスク21の半分のピッチとなる1:1ラインアンドスペースパターンを得ることができるからである。
次に、図3(f)に示すように、平面視において、第1のハードマスク11Bから露出するパターン形成層13A上に第3のハードマスク14aを形成する。
第3のハードマスク14aを構成する材料としては、第2のハードマスク12Cを構成する材料と同じものを用いることができ、例えば、ナノインプリントリソグラフィ技術に用いられるテンプレートの凹凸パターンを、本実施形態のパターン形成方法によって形成する場合には、第3のハードマスク14aを、クロム(Cr)やアルミニウム(Al)等の金属を含む材料、例えば、クロムやアルミニウム等から構成される単一成分の金属や、その酸化物、窒化物、酸窒化物等の金属化合物を用いることができる。
また、スパッタ法による成膜においても、ターゲットと基板の間に、貫通孔を有するマスクを介在させる方法等を用いることで、指向性を高めることができる。
なお、指向性を高めた成膜方法を用いる場合においても、上記のような、望まない箇所に第3のハードマスク14aとなる材料が成膜されてしまう現象が、生じ得る。しかしながら、この望まない箇所に形成される膜の膜厚は、所望の箇所に形成される膜の膜厚よりも薄いため、エッチング速度を小さくした条件によるエッチング処理等を適宜用いることにより、この望まない箇所に形成される膜のみを選択的に除去することが可能である。
このような条件であれば、第2のハードマスク12Cと第3のハードマスク14aとの厚さの差から生じる隙間(図3(f)に示す隙間d)からエッチングガスやエッチング液を導き入れることができ、第3のハードマスク材料膜14bや第1のハードマスク11Bを除去する等の複雑な工程を省いて、パターン形成層13Aをエッチングすることができるからである。
そして、この場合には、第2のハードマスク12Cと第3のハードマスク14aの厚さの差(図3(f)に示す隙間d)を、5nm〜20nmの範囲とすることができる。
次に、図3(g)に示すように、スリミングを施した第2のハードマスク12Cおよび第3のハードマスク14aを介してパターン形成層13Aをエッチングし、その後、第1のハードマスク11B、スリミングを施した第2のハードマスク12C、第3のハードマスク14a、および、第3のハードマスク材料膜14bを除去して、凸型パターン(ラインパターン)13Lと凹型パターン(スペースパターン)13Sから構成される所望の微細パターンを得る(図3(h))。
例えば、パターン形成層13に合成石英ガラス基板を用いる場合には、CF4、CHF3、C2F6等のフッ素を含むガスをエッチングガスに用いたドライエッチングを用いることができる。また、この場合には、フッ化水素(HF)を含む水溶液をエッチング液に用いたウェットエッチングを用いることもできる。
この場合、第2のハードマスク12Cの除去に伴い、第2のハードマスク12Cの上に形成された第1のハードマスク11Bおよび第3のハードマスク材料膜14bも除去されることになる。
ここで、第1のハードマスク11Bのライン幅(H1L)の大きさは、エッチングマスク21のライン幅(RL)の大きさと同じであることから、上記は、「エッチングマスク21が、ライン幅(RL)とスペース幅(RS)の比が3:1となるラインアンドスペースパターンを有しており、スリミングを施した第2のハードマスク12Cのライン幅(H2L)が、エッチングマスク21のライン幅(RL)の1/3の大きさである場合、エッチングマスク21の半分のピッチとなる1:1ラインアンドスペースパターンを得ることができる」と同意になる。
次に、本発明に係るパターン形成方法の第2の実施形態について、図4および図5を用いて説明する。ここで、図4および図5は、本発明に係るパターン形成方法の第2の実施形態の一例を示す概略工程図である。
ここで、本実施形態(第2の実施形態)における被加工体準備工程、第1のハードマスク形成工程、第2のハードマスク形成工程、スリミング工程、第3のハードマスク形成工程の各工程は、上述した第1の実施形態における、被加工体準備工程、第1のハードマスク形成工程、第2のハードマスク形成工程、スリミング工程、第3のハードマスク形成工程の各工程と同じとすることができる。
すなわち、図4(a)から図5(f)に示す各工程は、上述の図2(a)から図3(f)に示す各工程と同じとすることができる。
それゆえ、煩雑となることを避けるため、ここでは、図4(a)から図5(f)に示す工程までの説明は省略し、図5(g)から図5(i)に示す各工程、すなわち、本実施形態における、第1のハードマスク材料層除去工程、および、パターン形成層エッチング工程についてのみ説明する。
本実施形態においては、第3のハードマスク形成工程の後であって、パターン形成層エッチング工程の前に、第1のハードマスクを除去する、第1のハードマスク除去工程を備えている。
例えば、本実施形態においては、図5(f)に示す第3のハードマスク形成工程の後であって、図5(h)に示すパターン形成層エッチング工程の前に、図5(g)に示すように、第1のハードマスク11Bを除去する。
なお、第1のハードマスク11Bの除去に伴い、第1のハードマスク11Bの上に形成された第3のハードマスク材料膜14bも除去される。
それゆえ、本実施形態においては、より寸法精度が高く、かつ、アスペクト比(幅寸法に対する深さ寸法の比)の高い微細パターンを形成することができる。
ただし、本実施形態においては、第1のハードマスク11Bを構成する材料をエッチングする条件において、スリミングを施した第2のハードマスク12C、第3のハードマスク14aのみならず、パターン形成層13Aもエッチングされないように留意する必要がある。
次に、図5(h)に示すように、スリミングを施した第2のハードマスク12Cおよび第3のハードマスク14aを介してパターン形成層13Aをエッチングし、その後、スリミングを施した第2のハードマスク12C、および、第3のハードマスク14aを除去して、凸型パターン(ラインパターン)13Lと凹型パターン(スペースパターン)13Sから構成される所望の微細パターンを得る(図5(i))。
例えば、パターン形成層13に合成石英ガラス基板を用いる場合には、CF4、CHF3、C2F6等のフッ素を含むガスをエッチングガスに用いた異方性のドライエッチングを好適に用いることができる。
ここで、第1のハードマスク11Bのライン幅(H1L)の大きさは、エッチングマスク21のライン幅(RL)の大きさと同じであることから、上記は、「エッチングマスク21が、ライン幅(RL)とスペース幅(RS)の比が3:1となるラインアンドスペースパターンを有しており、スリミングを施した第2のハードマスク12Cのライン幅(H2L)が、エッチングマスク21のライン幅(RL)の1/3の大きさである場合、エッチングマスク21の半分のピッチとなる1:1ラインアンドスペースパターンを得ることができる」と同意になる。
<被加工体準備工程>
第1のハードマスク材料層11Aとして膜厚3nmの窒化シリコン膜を用い、第2のハードマスク材料層12Aとして膜厚30nmの窒化クロム膜を用い、パターン形成層13Aとして合成石英ガラス基板を用い、実施例1の被加工体を準備した。
次に、第1のハードマスク材料層11A上に、エッチングマスク21として、膜厚40nm、ピッチ60nm、ライン幅45nm、スペース幅15nmのポジ型電子線レジストパターンを形成し、次いで、CF4ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、エッチングマスク21を介して第1のハードマスク材料層11Aをエッチングして、ピッチ60nm、ライン幅45nm、スペース幅15nmの第1のハードマスク11Bを形成した。
その後、酸素プラズマを用いたアッシングにより、エッチングマスク21を除去した。
次に、塩素と酸素の混合ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、第1のハードマスク11Bを介して第2のハードマスク材料層12Aをエッチングすることにより、第2のハードマスク12Bを形成した。
次に、第1のハードマスク11Bを第2のハードマスク12B上に残存させた状態で、第2のハードマスク12Bを形成した工程のエッチングガスを用いて再度エッチングを実施することにより、第2のハードマスク12Bを両側から各々15nmスリミングして、ライン幅15nmの第2のハードマスク12Cを形成した。
次に、ターゲットとの間に貫通孔を有するマスクを介在させたスパッタ法を用いて、窒化クロム膜を成膜した。
これにより、平面視において、第1のハードマスク11Bから露出するパターン形成層13A上には、第3のハードマスク14aとして、膜厚15nmの窒化クロム膜が形成された。なお、第1のハードマスク11Bの上には、第3のハードマスク材料膜14bとして、膜厚15nmの窒化クロム膜が形成された。
次に、CF4ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングにより、スリミングを施した第2のハードマスク12Cおよび第3のハードマスク14aを介してパターン形成層13Aをエッチングし、その後、硝酸第2セリウムアンモニウムと過塩素酸を含む水溶液を用いたウェットエッチングにより、スリミングを施した第2のハードマスク12C、および、第3のハードマスク14aを除去した。
なお、第2のハードマスク12Cの除去に伴い、第2のハードマスク12Cの上に形成された第1のハードマスク11Bおよび第3のハードマスク材料膜14bも除去された。
その結果、合成石英ガラス基板の主面に、ピッチ30nm、ライン幅15nm、スペース幅15nmの凸型パターン(ラインパターン)13Lと凹型パターン(スペースパターン)13Sから構成される微細パターンを得た。
11B・・・第1のハードマスク
12A・・・第2のハードマスク材料層
12B・・・第2のハードマスク
12C・・・スリミングを施した第2のハードマスク
13A、13B・・・パターン形成層
13L・・・凸型パターン
13S・・・凹型パターン
14a・・・第3のハードマスク
14b・・・第3のハードマスク材料膜
21・・・エッチングマスク
Claims (5)
- 第1のハードマスク材料層、第2のハードマスク材料層、および、パターン形成層が、この順に積層された被加工体を準備する、被加工体準備工程と、
前記第1のハードマスク材料層上にエッチングマスクを形成し、前記エッチングマスクを介して前記第1のハードマスク材料層をエッチングすることにより、第1のハードマスクを形成する、第1のハードマスク形成工程と、
前記第1のハードマスクを介して前記第2のハードマスク材料層をエッチングすることにより、第2のハードマスクを形成する、第2のハードマスク形成工程と、
前記第1のハードマスクを前記第2のハードマスク上に残存させた状態で、前記第2のハードマスクをスリミングする、スリミング工程と、
平面視において、前記第1のハードマスクから露出する前記パターン形成層上に第3のハードマスクを形成する、第3のハードマスク形成工程と、
前記スリミングを施した第2のハードマスクおよび前記第3のハードマスクを介して、前記パターン形成層をエッチングする、パターン形成層エッチング工程と、
を順に備えることを特徴とするパターン形成方法。 - 前記第3のハードマスクの厚さが、前記第2のハードマスクの厚さよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載のパターン形成方法。
- 前記第3のハードマスク形成工程の後であって、前記パターン形成層エッチング工程の前に、
前記第1のハードマスクを除去する、第1のハードマスク除去工程を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のパターン形成方法。 - 前記第3のハードマスク形成工程が、スパッタ法または物理蒸着法により、前記第3のハードマスクとなる材料を前記パターン形成層上に成膜する工程であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
- 前記パターン形成層エッチング工程が、エッチングガスを用いたドライエッチング工程であって、
前記エッチングガスはフッ素を含むガスであり、
前記パターン形成層が、シリコンを含むことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
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